De l’élémentaire au complexe, une logique mathématique de structuration du réel. Entretien avec Amand Lucas06/01/2012
Amand Lucas, professeur aux Facultés universitaires Notre-Dame de la Paix à Namur, a été couronné en 1985 par le Prix Francqui pour ses travaux en physique des surfaces, une branche spécialisée de ce qu’il est convenu d’appeler « physique de la matière condensée » ou « physique des solides ».

En 2001, il obtient le Prix Wernaers pour ses contributions originales à l’enseignement de la biologie structurale, notamment pour la création d’un film didactique intitulé De la Lumière à la Vie (version française) et From Light to Life (version anglaise) disponible en DVD (voir ici). Ces travaux ont fait l’objet d’un programme « Reflections on Sciences » du prestigieux VEGA Science Trust, organisation britannique créée par le Prix Nobel de Chimie, Harry Kroto, qui met gratuitement à disposition du public Internet (voir ici) un grand nombre de programmes scientifiques audiovisuels destinés à promouvoir le « Public Understanding of Sciences ». Enfin, ce travail interdisciplinaire a donné lieu au développement d’un kit didactique intitulé « DNA diffraction kit » par l’Institute of Chemical Education de l’American Chemical Society et distribué dans le monde entier (voir ici).

Amand Lucas obtient la licence en sciences et l’agrégation en sciences physiques à l’université de Liège en 1960. Puis il prépare sa thèse de doctorat dans le cadre du FNRS. Il devient docteur en sciences de l’université de Liège en 1966, avec une thèse sur les Contributions Électrostatiques Collectives et Corrections Radiatives à l’Énergie de van der Waals des Cristaux Moléculaires. Pendant plusieurs années postdoctorales, il poursuit ensuite sa carrière de chercheur en tant que chargé de recherche puis chercheur qualifié au FNRS dans différents centres à l’étranger : séjours au Battelle Institute de Columbus (Ohio) puis à l’International Center for Theoretical Physics à Trieste (Italie) et enfin à l’European Space Technology Center à Noordwijk (Pays-Bas). En 1971, il est nommé chargé de cours associé à l’université de Liège, puis, en 1975, professeur ordinaire à l’université de Namur (FUNDP). Amand Lucas poursuivra, parallèlement à ses fonctions en Belgique, des activités de recherche aux États-Unis : professeur au Graduate School de Penn State University (Pennsylvania) puis, au cours de deux séjours sabbatiques, Visiting Scientist aux centres de recherche d’IBM de New York (1977-78) et d’Almaden, Ca (1986-87). En 1986, il est nommé membre de l’Académie royale de Belgique (ARB). Il est retraité des FUNDP depuis 2002.

Amand Lucas est, entre autres associations, membre des Sociétés Belge et Européenne de Physique, Fellow de l’American Physical Society et membre de l’Academia Europaea. Il est professeur au Collège Belgique de l’ARB. Dans le courant de sa carrière aux FUNDP, il a organisé de nombreuses conférences internationales. Lorsqu’il fut directeur de la Classe des Sciences de l’ARB en 1999, il organisa une conférence mémorable intitulée « Reflections on 20th Century Sciences » réunissant 7 prix Nobel. Les 20 et 21 janvier 2012, il présidera une nouvelle conférence internationale qu’il a organisée à l’ARB sous le titre « A Passion for Science » en l’honneur des nouveaux membres associés étrangers de la Classe des Sciences.



Monsieur Lucas, vous êtes physicien, l’un des représentants de ce qu’on appelle les sciences « dures », soupçonnées, mais c’est loin d’être votre cas personnel, d’une forme de détachement envers les choses humaines, envers une société qui, de son côté, cache mal une réelle inculture scientifique. Pourquoi cette distance entre science et société ?

La pratique des sciences dites « dures » ou « exactes » a toujours été basée, disons depuis Newton, sur une bonne maîtrise des mathématiques. Ce qui implique, par les exigences propres à cette formation mathématique, une division culturelle inévitable entre ceux qui ont acquis et utilisent ce minimum de formation et les autres. Par minimum, j’entends plus que l’élémentaire, en gros, ce que l’on appelle aujourd’hui « le calculus » au niveau bachelor scientifique des universités. Cet état de choses existe depuis que les sciences dites exactes ont émergé et se sont développées, depuis le XVIIe siècle de Galilée, Newton, Leibniz, etc. La division s’est amplifiée aux XVIIIe et XIXe siècles avec le développement des sciences classiques comme l’électromagnétisme, la thermodynamique et l’émergence des technologies industrielles. La césure s’est agrandie au XXe siècle avec la création de la relativité, de la mécanique quantique et avec le développement des technologies modernes. En ce qui concerne « l’inculture scientifique » de la société, je souhaite vivement que l’on ne se méprenne pas sur le sens qu’il convient de donner ici au mot « scientifique ». Les mathématiques ne constituent un seuil d’accès à la connaissance que pour celle relative aux sciences dites exactes. Le cas frontière de la biologie est éclairant à cet égard. Voici une discipline où les connaissances développées au XXe siècle sont immenses et pourtant, à l’exception de quelques sous domaines restreints, comme la biologie moléculaire, beaucoup de ces connaissances ne demandent pas la maîtrise de math avancées. L’inculture scientifique ne signifie nullement l’inculture tout court. Par ailleurs, l’application de la méthode scientifique ne se limite pas aux seules sciences exactes.

Une série de conférences par les nouveaux membres associés étrangers de la Classe des Sciences aura lieu les 20 et 21 janvier prochains à l’Académie royale de Belgique, avec pour titre « A passion for Science », et cela sous votre initiative et sous votre présidence. Ce titre en dit long : comment la science, ce monde dédié à la raison, est-elle devenue pour vous source de passion ?

Mais même les scientifiques les plus rationnels, comme les mathématiciens « purs » par exemple, sont des gens passionnés, tout autant que peuvent l’être les « non scientifiques ». S’agissant de la passion que l’on met à faire quelque chose, la division entre « scientifiques » et pratiquants des autres disciplines du savoir me parait tout à fait dérisoire quand elle n’est pas nuisible et même malveillante, par exemple lorsque les scientifiques sont accusés de « froideur », d’insensibilité à la beauté, et que sais-je encore. Un esprit passionné est nécessaire dans toutes les disciplines, ne fût-ce que pour susciter et maintenir la patience qu’exige l’apprentissage des techniques de la discipline, que ce soit les mathématiques comme on l’a dit pour les sciences pures, la maîtrise d’un instrument pour la musique, la culture des langues pour les philologues, etc. Pouvoir accéder, grâce à ce patient apprentissage, aux rivages de la connaissance humaine quelle qu’elle soit, apporte un sentiment de satisfaction intense. De plus, l’acte de création scientifique qui parfois conduit le chercheur à découvrir une fraction, si modeste soit-elle, de connaissance nouvelle provoque une joie indicible similaire à celle du créateur artistique et renforce la passion.

Comment avez-vous été amené à choisir les sciences comme discipline de carrière ?

Mon intérêt pour la science est né, comme pour beaucoup d’autres, de rêveries d’adolescent, d’un intérêt précoce pour l’astronomie, d’une curiosité pour la structure de l’univers. Tout cela renforcé par l’excellence d’un ou deux professeurs. D’autres adolescents sont davantage attirés par l’expression artistique, les relations humaines, la fascination pour le monde vivant, l’intérêt pour les faits historiques, ou que sais-je encore. Personnellement dès l’âge de douze ans, ce désir de comprendre comment s’expliquent les phénomènes comme les saisons, les marées, les phases de la lune, etc., comment ça se passe dans l’univers des planètes, des étoiles et des galaxies, ce besoin de voir et de comprendre la rationalité du monde, furent déterminants dans mon choix ultérieur de la physique. À l’époque de mes études secondaires, la physique nucléaire était très prometteuse d’applications nouvelles, la recherche spatiale naissait. Surtout, j’étais attiré par des sciences qui me semblaient moins « encombrées » par la présence de l’humain qui caractérise d’autres disciplines, comme la médecine, l’histoire, le droit, la philologie ou la psychologie. Bref j’étais attiré par les sciences plus dures, plus rationnelles : mathématique, physique, ingénierie. Par la suite ces distinctions quelque peu puériles entre les sciences s’estomperont dans mon esprit et je me découvrirai peu à peu un grand intérêt pour la biologie. Je développerai même une « passion » pour la biologie moléculaire. Aujourd’hui, à un âge déjà avancé, j’éprouve une véritable « fringale » de savoir scientifique, un intérêt puissant pour d’autres disciplines scientifiques, géologie, paléontologie, etc., car toutes les sciences me paraissent également intéressantes. En ce sens, je suis très heureux d’appartenir à la Classe des Sciences de l’ARB qui offre un milieu très favorable pour étancher cette soif de savoir. Naturellement, je suis bien conscient d’avoir « raté » à tout jamais la possibilité d’approfondissement de tous ces savoirs mais il est clair que plusieurs vies n’y suffiraient pas.

Les années 1950 ont été marquées par la science de la matière condensée (la physique des solides), avec à la clé d’importantes révolutions techniques (comme le transistor, les circuits intégrés,…). Vingt ans plus tard c’était la physique des surfaces et des interfaces de la micro-électronique, des travaux sur les solides hétérogènes, entièrement artificiels, où l’interface est omniprésente, qui annonçaient une révolution dans la construction de matériaux fabriqués « sur mesure » comme les nanoparticules dont on parle beaucoup aujourd’hui. Cette relation entre science théorique et applications pratiques, entre recherche fondamentale et évolution technique est-elle essentielle ou simplement avantageuse ?

Cette relation est à la fois essentielle et mutuellement bénéfique et distingue, dans une large mesure, les mathématiques « pures » des sciences dites empiriques qui restent en liaison étroite avec les phénomènes naturels. Que la physique se préoccupe de particules élémentaires, de cosmologie, d’énergie nucléaire ou de matière condensée, elle aborde l’étude de systèmes très complexes mais susceptibles d’une réduction quantitative, cohérente. La physique met au jour une logique de structuration du réel régie par des lois mathématiques. Les physiciens ont une tendance marquée à travailler sur les éléments les plus fondamentaux, à la base de toute la complexité qui peut émerger à plus grande échelle. Cette démarche n’est pas exclusivement réservée aux physiciens : dans une large mesure elle est commune aux chimistes, aux biochimistes, etc. Elle est adoptée même par des scientifiques de la stature de Francis Crick à propos du cerveau humain dont ils cherchent à comprendre la complexité, comme l’émergence de la conscience, sur les bases moléculaires des circuits neuronaux élémentaires.

En quoi vos nombreux séjours à l'étranger (USA, Italie, Pays-Bas), dans la première partie de votre carrière surtout, ont-ils influencé l'évolution de votre travail de chercheur ?

J’ai découvert et pratiqué la physique des surfaces dès mon premier séjour postdoctoral aux USA. L’Institut Battelle à Colombus, Ohio où je travaillais, exécutait pour l’essentiel des recherches appliquées sous contrats, sur commande ou en consultance, dans tous les nouveaux domaines scientifiques et technologiques de l’après-guerre, sciences et techniques nucléaires, sciences des matériaux, organisations des systèmes industriels, aéronautique et sciences spatiales, développement des lasers et que sais-je encore. Il s’agissait donc pour moi d’une école éminemment tournée vers le pragmatique, l’application industrielle. Cependant cet institut, comme beaucoup d’autres à cette époque prospère, pouvait se permettre d’avoir en son sein une équipe de recherche dite « pure » qui, tout en étant laissée largement autonome et libre de choisir ses sujets de recherche, maintenait forcément une certaine liaison avec le « business » de la maison. C’est dans cette division que j’ai séjourné deux années et où j’ai pu me familiariser avec les problèmes et techniques expérimentales de la physique des surfaces et interfaces si importante pour la microélectronique, la catalyse, la science des matériaux, etc. Toute ma carrière ultérieure de chercheur, en particulier l’influence que j’ai pu avoir sur l’orientation des recherches du département de physique des FUNDP, a été marquée par ma formation pendant cette longue période à l’étranger.

Quelle est pour vous la révolution scientifique la plus impressionnante de ces dernières années ?

La « révolution » scientifique couvait depuis un demi-siècle. Mais sa manifestation concrète fut l’augmentation phénoménale et soudaine de la communication, dans tous les domaines. Cette explosion fut déclenchée par la croissance stupéfiante de la capacité des mémoires et de la vitesse de traitement des données digitales. Tout ceci, ne l’oublions pas, fut le résultat de la microminiaturisation des circuits électroniques de base, fruit de la recherche fondamentale en physique de la matière condensée depuis l’invention du transistor que vous évoquiez précédemment. L’accroissement du volume et de la rapidité des communications ne concerne pas seulement leurs manifestations humaines et sociales d’interaction, avec Internet, la téléphonie mobile, etc. Il concerne également l’acquisition et le traitement des données expérimentales et théoriques dans tous les secteurs des sciences et techniques et à toutes les échelles de grandeur, du moléculaire à l’astronomique. Ce qui est fascinant et pleinement satisfaisant pour le physicien que je suis, c’est que tout est toujours basé sur les trois piliers de la physique moderne, l’électromagnétisme, la relativité et la mécanique quantique. Un de ces piliers ou les trois à la fois comme c’est le cas pour le miraculeux GPS. C’est la preuve aveuglante, s’il en fallait encore une, de l’efficacité du réductionnisme épistémologique tant décrié par d’aucuns. En ce qui concerne Internet, si vous m’autorisez à une digression prospective, il me vient une idée provocatrice. N’allons-nous pas assister à l’émergence d’une super-intelligence délocalisée sur la planète toute entière ? On sait, selon les idées du biologiste holistique Lovelock, que la Terre entière fonctionne, sur le plan somatique, comme un seul organisme vivant appelé Gaïa. Mon idée est que la communication globale et sans limite que permet maintenant la « toile » Internet entre les individus de l’espèce pensante de Gaïa ne va-t-elle pas déboucher sur une super-conscience, une super-intelligence à laquelle les personnes humaines prendront part en tant qu’« entités » multiplement interconnectées, à la manière des neurones du cerveau ? Certains signes avant-coureurs des conséquences d’une telle évolution existent déjà comme la classification des galaxies selon leurs formes ou la détermination de la structure de biomolécules grâce à la participation ludique de milliers d’internautes anonymes.

N’y a-t-il pas un malentendu fondamental entre la société, même démocratique, qui fonctionne sur l’opinion publique, majoritaire, et la démarche scientifique qui ne promet rien, n’affirme que dans une mesure toujours réfutable (« falsifiability ») ? Au fond, comment la culture politique, qui est projective, et la culture scientifique, qui est objective, peuvent-elles communiquer ?

Je ne pense pas qu’il y ait eu dans l’histoire une époque où la majorité de la population ou même une fraction importante ait été informée réellement en matière de sciences. Le divorce est permanent. L’opinion publique fonctionne davantage en termes de consumérisme ou répond à des slogans politiques sans comprendre les enjeux techniques sous-jacents. En gros, et malgré les déboires industriels récents, je crois que cette opinion fait encore confiance aux scientifiques du moins s’ils se contentent d’agir comme experts et ne s’immiscent pas dans la sphère politique. Depuis deux ou trois siècles que les sciences ont un impact direct et grandissant sur le mode de vie des gens, la culture politique a veillé à maintenir la haute main sur les affaires de la société en faisant clairement comprendre aux scientifiques que, selon le dicton anglo-saxon « scientists should be on tap, not on top ». Autrement dit, il ne s’agit pas de se passer des scientifiques mais de les maintenir à leur place. Il me semble que l’opinion publique des démocraties est en gros confortable avec cet état de choses. Les scientifiques professionnels sont eux-mêmes trop passionnés par leur sujet pour s’occuper des affaires politiques, ce qui n’exclut pas chez la majorité d’entre eux un sens civique aigu. Quant à dire, comme vous le suggérez, que la science n’est qu’objective, je crois que c’est oublier à quel point elle s’intéresse non seulement à l’explication de ce que l’on observe mais aussi à la recherche des conséquences d’une telle explication. Or, penser en termes de conséquences, n’est-ce pas être projectif ? Cela étant, il est vrai que l’objectivité est un élément-clé de la démarche scientifique. La méthode scientifique est basée sur l’autocritique et la critique objective des pairs, ce qui distingue absolument la science des modes de pensée dogmatique. En science, une idée nouvelle est immédiatement et en permanence confrontée à des tentatives de démolition d’abord par son propre géniteur et ensuite par les autres chercheurs. Il ne peut y avoir de gourou ni de prêtre en science, même si les plus grands créateurs scientifiques sont parfois exagérément vénérés.

Votre statut d’Académicien a-t-il changé quelque chose dans votre pratique de chercheur et d’enseignant, vous a-t-il allégé ou au contraire chargé d’un poids supplémentaire ?

Oh ! Je considère que le statut d’académicien n’a jamais été une charge mais un privilège. Cela m’a amené à rencontrer des gens extraordinaires, et aussi à m’intéresser à d’autres disciplines, comme la biologie, justement… Ces rencontres ont renforcé mon intérêt pour l’interdisciplinarité bien comprise. Et j’ai la faiblesse de croire que ces personnes ont apprécié qu’un collègue physicien ait su comprendre ne fût-ce qu’un peu de leur discipline et même apporter quelque chose d’original à leur propre domaine. Par exemple, j’ai été fasciné – et mes collègues biologistes ne le sont pas moins – par le fait que la diffraction des rayons X offre la possibilité de passer de la détermination d’une simple structure inorganique, comme celle du sel de cuisine, à la structure complexe et extraordinaire de l’ADN ou à celle des protéines globulaires. Ce sujet m’a beaucoup préoccupé dans les 15 dernières années. Finalement, cette applicabilité des méthodes scientifiques depuis le simple jusqu’au complexe suggère que le vivant n’est pas si différent de l’inorganique. Il s’agit avant tout dans les deux cas de séquences d’informations digitales plus ou moins longues. On a l’impression que c’est grâce à cette continuité de la pertinence des méthodes entre le simple et le complexe que les sciences s’unifient dans la rationalité. Ceci ne signifie nullement que, si avec l’avancement des sciences de plus en plus de choses en effet se « rationalisent », tout finira par se rationaliser et encore moins que rien n’est intéressant que le rationnel. Comme le soulignait Feynman, un des grands physiciens humanistes du XXe siècle, bien des connaissances autres que les sciences sont fascinantes, l’histoire, les langues, la poésie, la musique, les arts, l’amour,… Mais, ajoutait-il, « si c’est la physique qui vous intéresse, il vous faudra apprendre les math », l’outil rationnel par excellence !

Parmi vos publications, deux titres ne laissent pas d'intriguer. D'abord ces « gribouillages qui ont changé le cours des choses humaines» (votre Scribbles that Changed the Course of Human Affairs). Ce livre révèle-t-il le côté clair de la relation entre science et humanité ? Et un autre livre, au titre français, Bombe atomique et croix gammée en est-il le côté sombre ?

Le titre de ces « gribouillages » m’a été inspiré par une réflexion profonde d’un célèbre mathématicien polonais naturalisé américain, Stanislas Ulam qui fit partie de l’équipe de scientifiques de Los Alamos en charge de mettre au point la première bombe atomique initialement conçue pour contrer la menace nazie. Ulam disait qu’il ne cessait d’être étonné de ce qu’un simple gribouillage de lettres et de chiffres tel que E = mc2 puisse évoquer et recouvrir une réalité dont la découverte a changé le cours de l’histoire humaine, en l’occurrence l’abandon de la notion de temps absolu et, beaucoup plus prosaïquement encore, l’avènement du nucléaire militaire et industriel. Dans mon mémoire sur les gribouillages j’avais choisi, comme exemples spectaculaires de bouleversements techniques du cours de l’histoire récente, notamment la télégraphie intercontinentale du XIXe siècle, et au XXe siècle, la bombe atomique, la découverte de la structure de l’ADN et le mécanisme moléculaire de l’hérédité. Par ce choix, je voulais illustrer deux des « gribouillages » fondamentaux de la physique théorique, l’équation de la diffusion et l’équation de propagation des ondes. Le livre illustre donc clairement l’impact de concepts fondamentaux de la physique sur l’évolution technique et industrielle de l’humanité. Quant à l’autre mémoire, Bombe atomique et Croix Gammée, on peut en effet le voir comme une illustration du côté sombre du concept d’efficacité des équations en ce sens que le même gribouillage manipulé par les savants allemands aurait pu déboucher sur une évolution catastrophique des affaires humaines, à savoir la victoire des nazis, si ces savants s’étaient donné la peine de résoudre, avant leurs collègues alliés, cette même équation de la diffusion.

Enfin, vous avez écrit le scénario et pensé la mise en scène d'une pièce de théâtre : La lettre d'Einstein, disponible en DVD, à propos de l'écriture en août 1939 de cette lettre au Président Roosevelt. Le regard que vous portez sur l'Histoire peut-il garder l'acuité objective du physicien ou bien est-il d'une autre nature ?

En réponse à cette question, j’ai une nouvelle fraiche à vous annoncer. Cette piécette en un acte à laquelle vous faites allusion est maintenant une véritable pièce de théâtre en quatre actes dont le premier acte est toujours cette Lettre d’Einstein, ou plutôt The Letter to Roosevelt, car la pièce, initialement écrite en français, a été traduite en anglais et complètement remaniée. Elle porte le titre The Bomb and the Swastika et est pour l’instant chez l’imprimeur, tandis que la version française paraîtra plus tard. Les trois autres actes concernent trois autres rencontres mémorables entre d’autres personnalités éminentes impliquées dans la genèse des armes nucléaires pendant la période 1939-1962 au cours de laquelle le monde a failli basculer par deux fois dans l’apocalypse nucléaire. En regardant cette grande Histoire avec l’œil du physicien, non seulement j’ai utilisé l’acuité technique de ma discipline mais je me suis aussi efforcé de respecter l’objectivité de l’historien en ce sens que les quatre actes de ma pièce sont tous fondés sur des documents historiques avérés. C’est plutôt avec la « petite histoire » que, comme dans le premier acte, je me suis permis de prendre quelques libertés avec la réalité, car j’ai bien dû inventer les dialogues intercalaires que les acteurs s’échangent à propos des documents historiques qu’ils examinent tout au long de la pièce.

Rappelons donc les dates de ces deux cycles de leçons et conférences à l’Académie royale de Belgique : « A Passion for Science » les 20 et 21 janvier 2012, à 17 h et « À la quête du secret de la vie » les 26 avril (« Une passion pour l’ADN »), 3 mai (« Beautés structurales de l’ADN ») et 10 mai 2012 (« L’ADN et l’explication du vivant »), toujours à 17 h.

Michel Gergeay, décembre 2011
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